Etude du comportement, de l'endommagement et de la rupture en torsion des aciers perlitiques fortement tréfilés

• Auteur / Autrice : Cécile Maury
• Direction : Claude Prioul
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et matériaux
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des sols, structures et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-2021)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pneus -- Industrie et commerce

Essais

Acier perlitique

Résumé

Les câbles métalliques, constitués de fils d'aciers perlitiques fortement tréfilés, sont utilisés pour le renforcement des pneumatiques du fait de leur très haute résistance mécanique, couramment supérieure à 3000 MPa/ L'enjeu industriel consiste à augmenter cette résistance tout en conservant des propriétés de torsion suffisantes pour permettre l'assemblage sous forme de câble. L'étude du comportement, de l'endommagement et de la rupture en torsion des aciers perlitiques fortement tréfilés est donc primordiale. La caractérisation des matériaux a été effectués dans le cadre d'une approche multi-échelle qui souligne la complexité des évolutions microstructurales induites par le tréfilager tout en confirmant la mise en place d'une structure lamellaire nanométrique biphasée. L'étude des propriétés macroscopiques de traction révèle par ailleurs une forte sensibilité au viellissement que les analyses à la sonde atomique permettent de relier à une réorganisation des atomes de carbone à l'échelle nanométrique. Une simulation numérique simplifiée du tréfilage, couplée à des mesures expérimentales de dissolution chimique a ensuite permis d'estimer les contraintes résiduelles macroscopiques en sortie de filière. Leur rôle prépondérant sur le comportement en traction a ainsi été confirmé : l'écrouissage apparent observé correspond en fait à une entrée en plasticité progressive de la section du fil. La rupture intervient du fait des faibles capacités de consolidation du matériau, dès que la section est entièrement plastifiée. Deux modes de déformation spécifiques aux fils fortement tréfilés sollicités en torsion ont également été mis en évidence. Le ''mode câble'', prédominant en début d'essai, résulte de la forte texture morphologique induite par le tréfilage et est à l'origine d'un endommagement du matériau. Le ''mode barre'', prépondérant en fin d'essai, correspond au développement d'une plasticité plus classique bien que fortement localisée. Une interprétation semi quantitative de l'essai de torsion a alors été proposée. Enfin, le délaminage se caractérise par une fissuration longitudinale et radiale dès les premiers stades de plasticité en torsion vis-à-vis de laquelle le rôle prépondérant des défauts de surface et des contraintes résiduelles macroscopiques circonférentielles de traction aété clairement établi. Dans le cadre d'une approche simplifiée de mécanique linéaire de la rupture, l'hypothèse d'un délaminage purement contrôlé par la propagation instable de fissures en mode 1 semble pertinente.